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Symmetrisches optisches System zur Abbildung in wahrer Größe im telezentrischen
Strahlengang Für die vergrößerte Wiedergabe von Profilen, Konturen usw. im Projektionsverfahren
sind optische Systeme bekannt, bei denen zunächst eine Abbildung des Objektes im
Maßstab i: i erfolgt und dieses reelle Zwischenbild dann eine entsprechende Vergrößerung
durch ein weiteres optisches System bei der Abbildung auf einen Beobachtungsschirm
od. ä.
erfährt. Die Abbildung des Objektes erfolgt dabei in bekannter Weise
im gegenstandseitig telezentrischen Strahlengang, und es wird zur Erzielung des
Zwischenbildes im Maßstab i: i ein optisches System benutzt, das aus zwei symmetrischen
Gliedern besteht, wobei, in Lichtrichtung gesehen, der hintere Brennpunkt des Vordergliedes
mit dem vorderen Brennpunkt des Hintergliedes zusammenfällt. An der Stelle des gemeinsamen
Brennpunktes befindet sich die Öffnungsblende dieses Systems. Das abzubildende Objekt
befindet sich im vorderen Brennpunkt der vorderen Systemhälfte, das reelle Zwischenbild
entsteht im hinteren Brennpunkt der zweiten Systemhälfte. Für den Raum zwischen
den beiden Systemhälften liegt die Abbildung des Gegenstandes im Unendlichen. Die
Abbildung im Maßstab i : i mit zwei symmetrisch zu einer Mittelblende angeordneten
Objektivgliedern
hat den Vorteil, daß Koma, Verzeichnung und Farbenvergrößerungsfehler
in erster Änderung behoben sind, die anderen Fehler, also sphärische Aberration,
Astigmatismus, Bildfeldwölbung und Farbenlängsfehler, müssen jedoch in jeder Systemhälfte
für sich korrigiert werden.
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Es ist bekannt, dieses die Abbildung im Maßstab i: i bewirkende optische
System aus zwei symmetrisch zur Blende angeordneten Achromaten aufzubauen. Soll
das Zwischenbild eine stärkere Nachvergrößerung erfahren, so wird es erforderlich,
die Aberrationsbeträge der auftretenden Bildfehler weiter zu verringern. Diese Korrektionsforderung
wird nun durch die funktionsgemäß vorgegebene Lage der Blende in dem jeweiligen
Brennpunkt der Systemhälften erheblich erschwert. Bereits bei kleinen Hauptstrahl-Neigungswinkeln
treten erhebliche astigmatische Differenzen und Wölbungsfehler auf.
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Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten und schafft damit die
Möglichkeit zur Erzielung eines Zwischenbildes mit wesentlich gesteigerter Bildschärfe.
Um die astigmatischen und sphärischen Fehler sowie die Bildfeldwölbung weitestgehend
zu korrigieren, wird vorgeschlagen, bei einem an sich bekannten Aufbau des Objektivs,
der für jede Systemhälfte für sich aus zwei etwa gleich brechstarken Achromaten
besteht, welche ihre Zerstreuungslinsen einander zukehren, erfindungsgemäß den in
bezug auf den das Objekt abbildenden Strahlengang auf der Seite der kürzeren Strahlungs-weite
befindlichen Achromat verkittet auszuführen, den anderen Achromat aber mit einem
solchen Luftraum auszurüsten, daß der Ab-
stand der einander zugekehrten Hauptpunkte
seiner beiden Einzellinsen 6 bis io 0/, der Brennweite der Systemhälfte ausmacht.
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Durch eine derartige Gestaltung des Luftraumes wird bewirkt, daß bei
gleichbleibender Gesamtbrechkraft des unverkitteten Achromats die Brechkraft der
Negativlinse, absolut genommen, größer gemacht werden kann als die der Positivlinse,
weil die ablenkende Wirkung einer Linse durch das Produkt Brechkraft mal Einfallshöhe
gegeben ist und durch den Luftabstand die Einfallshöhe an der Negativlinse deutlich
kleiner wird als an der Positivlinse.
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Dabei hat es sich im Hinblick auf die Bildfeldebnung innerhalb des
in Frage kommenden Bildwinkels als zweckmäßig erwiesen, die Brechzahlen des fürl
die Saminellinsen beider Achromaten benutzten Glases um mindestens o,o2 größer als
die der streuenden Linsen zu wählen, wobei das Verhältnis der v-Werte nicht größer
als % ist.
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Bei Einhaltung dieser Werte gemäß der Erfindung läßt sich für ein
Bildfeld, dessen Durchmesser etwa ein Fünftel der Brennweite einer Systemhälfte
beträgt, und bei einem Öffnungsverhältnis der telezentrischen Bündel von i:
: 5,5 eine sphärische Korrektion erreichen, deren Zonenfehler kleiner als
o,oi 01, der Brennweite ist, so daß die entworfenen Bilder sich bei der zweiten
Abbildung sehr stark vergrößern lassen. Dabei bleibt der Astigmatismus innerhalb
des betrachteten Bildwinkels hinsichtlich seiner Längsabweichungen unter 0,2 0/,
der Brennweite für einen Bilddurchmesser gleich ein Siebentel der Brennweite. Diese
niedrigen Aberrationsbeträge werden weiter dadurch verbessert, daß in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung die beiden unverkitteten Linsen als ungleichschenklige Bi-Linsen ausgebildet
sind und beide ihren stärker gekrümmten Radius der Blende zukehren, wobei diese
stark gekrümmte Fläche jeder dieser beiden Linsen mit einem Radius versehen ist,
der, absolut genommen, zwischen der Hälfte und drei Viertel des flacheren Radius
derselben Linse liegt.
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Weiterhin hat es sich im Hinblick auf die Unabhängigkeit der astigmatischen
Korrektion von Einstellfehlern als zweckmäßig erwiesen, den verkitteten Achromat
nach außen hin mit einer Planfläche abzuschließen und gleichzeitig den Radius der
Kittfläche wegen der astigmatischen und chromatischen Korrektion auf 2o bis
30 0/, der Gesamtbrennweite der Systemhälfte zu bemessen.
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In der Fig. i ist schematisch ein Profilprojektor der Art dargestellt,
für die das System gemäß der Erfindung bestimmt ist. Die Lichtquelle i befindet
sich im Brennpunkt der Kondensorlinse 2 und durchleuchtet den in der Gegenstandsebene
3 befindlichen Gegenstand 4 mit telezentrischen Bündeln. Die in der Fig.
i gezeichneten Strahlen sind die Achsen zweier solcher Bündel, die den Rand des
Gegenstandes durchleuchten und die Lichtquelle i abbilden. Mit 5 und
6
sind schematisch zwei Hälften eines optischen Systems bezeichnet, die symmetrisch
zur gemeinsamen Mittelblende 7 angeordnet sind und die den Gegenstand 4 bei
8 in wahrer Größe abbilden. Am BlendenOrt 7
decken sich der hintere
Brennpunkt FS der Systemhälfte 5 mit dem vorderen Brennpunkt F 6 der
Systemhälfte 6. Das Zwischenbild 8 wird durch ein weiteres System
9 vergrößert auf dem weiter entfernt zu denkenden Bildschirm io wiedergegeben.
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Die Erfindung bezieht sich somit auf jede der beiden Systemhälften,
wie sie als Teil 5 bzw. Teil 6 in Fig. i angedeutet ist.
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Fig. ?, zeigt den Querschnitt einer Systemhälfte gemäß der Erfindung,
und zwar seiner dargestellten Anordnung entsprechend die zweite, in Fig. i also
rechte Hälfte
6. In dem linken Brennpunkt F ist die Blende
7 zu denken,
auf der rechten Seite liegt im Brennpunkt F' das entworfene Zwischenbild
8. Die Daten dieser Systemhälfte, bezogen auf eine Brennweite von ioo mm,
gehen aus der folgenden Tabelle hervor.
| f = ioo mm |
| Blendenabstand - 112,5 |
| 'yj. + 40,0 |
| d.t = 7,5 n1 = 1,616 vl = 6o,2 |
| 72 - 55,9 |
| ai. # 5,5 Luft |
| 73 - 35,3 |
| 'r4 + 56,4 d2 = 2,05 'n2 = 1,575
'P2 = 414 |
| a2 = 2,4 Luft |
| r5 + 118,1 |
| d3 = 2,75 n3 = 1,575 v3 = 414 |
| r6 + 25,9 |
| 44 = 5,5 = 1,616 p4 = 6o,2 |
| r'00 |
| Schnittweite 7i,o |